保護基によって許容条件が異なることに注意が必要です。アミノ保護基の中でも、スルホニル基(図1に一般的なスルホニル保護基をいくつか示します)は最も安定した保護基の一つです。スルホニル基の導入法は、一般的に、不活性溶媒中、アルカリ性条件下でアミンと対応するスルホニルクロリドを反応させることです。スルホニルクロリドには以下の利点があります。
(1)様々な反応条件に適合し、強塩基処理、水素化処理などの条件にも影響を受けません。さらに、スルホニル基導入後の生成物は結晶を形成しやすいため、取得・精製が容易です。
(2)スルホニル基の導入により、NH結合がより活性となり、N-アルキル化反応および遷移金属触媒CN形成が容易に起こるようになる。
図1. 一般的なスルホニル保護基
同様に、スルホニル基の安定性が高いため、脱保護条件もより厳格になります。酸性加水分解は通常、濃硫酸加熱などの過酷な条件下で行う必要があります。より穏やかな方法としては、Na/NH3(l)、Mg/MeOHなどの還元分解があります。しかし、この方法はアルデヒド、ケトンカルボニル、ニトロ基などの還元されやすい基を含む基質に限定され、副反応が発生しやすいという欠点があります。
本稿では、化学量論的トリフルオロメタンスルホン酸を用いて芳香族アミンスルホニル基の保護を効果的に除去する方法と、その応用例を紹介します。
(1)優れた基質汎用性:
トリフルオロメタンスルホン酸は、室温または加熱条件下で、非置換およびN-置換芳香族/複素芳香族スルホンアミド基質の保護基を効果的に除去し、対応する芳香族アミンを高収率で得ることができます。反応は酸性条件下で行われますが、シアノ基、イミド基、エステル基を含む基質、そしてピリジンやキノリンなどの塩基性基質にも適用できます。この方法は、p-トルエンスルホニル基(Ts)、ニトロベンゼンスルホニル基(Ns)、メチルスルホニル基(Ms)、トリイソプロピルスルホニル基(TPS)などの保護基に適用可能です(図2)。
図2 トリフルオロメタンスルホン酸促進スルホンアミド脱保護反応
① 中性かつ電子不足の基質:スルホンアミドのNS結合は容易に切断され、スルホニル基の効率的な除去が達成される(図3)。
図3 電子不足基質の脱保護反応
②電子過剰基質:フリース転位(分子内スルホニル基の移動)が起こり、一連のスルホン化合物が生成される(図4)。
図4 電子過剰基質の脱保護反応
(2)Ts保護基の選択的除去:
通常、Ts保護基の除去は困難です。しかし、Orentas研究チームは実験で、TfOH存在下では、他のスルホニル保護基に影響を与えずにTsを選択的に除去できることを発見しました(図5)。
①芳香族アミン上のTs保護基が優先的に除去:Ts保護基は位置によって安定性が異なり、その中で芳香族アミン上のTs保護基は除去されやすいです。
②優れた選択性:TsがNsやMsなどの他のスルホニル保護基と共存する場合でも、Ts保護基を選択的に除去できます。非常に不安定なピリジン-2-スルホニルがTsと共存する場合でも、Ts保護基は依然として優先的に除去されます。
図5. Ts保護基の選択的除去
(3)その他の用途:
① 分子間スルホニル転移:電子過剰芳香族化合物の存在下で、電子不足スルホンアミド基質は、脱保護されながらFCスルホニル化(ここでは分子間スルホニル転移を指す)を受けてスルホン化合物を生成することができる(図6)。
図6. スルホニル基の分子間移動
② ワンポット環化:共役スルホンアミド基質は、脱保護されながら[2+2+2]環化付加反応を起こすことができる。例えば、アセトニトリルとアセトニトリルは、TfOH存在下でニトリル環化反応を起こし、ワンポットでアミノピリミジンを得ることができる(図7)。
図7. スルホンアミドを含む環化反応
本稿では、スルホニル基を除去するための新しい方法とその幅広い応用例を紹介し、研究者の皆様に有益な情報とアイデアを提供することを目指します。
参考文献:
[1] Orentas, E.; Javorskis, T. Chemoselective deprotection of sulfuramides under acidic conditions: Scope, sulfuronyl group movement, andsynthesis applications [J]. J. Org. Chem., 2017, 82, 13423-13439.
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[3] Guo Yanhao, Hao Qinghui, Hao Siyuan, et al. Protection and deprotection ofamino groups in chemicals [J].石炭化学産業、2022年、45、106-112。